Privind departe, putem privi înapoi în timp. Acest fapt simplu, dar cu minte, le permite astronomilor să observe instantanee ale universului în diferite momente, folosindu-le pentru a crea împreună istoria complexă a evoluției cosmice. Cu fiecare nou telescop pe care îl construim, putem vedea mai departe și mai devreme în istoria universului. Telescopul spațial James Webb (JWST) speră să pară cu toții până la momentul formării primelor galaxii.
Continut Asemanator
- Întâlnește-l pe Succesorul lui Hubble, care va încerca în timp
Noțiunea că privirea corespunde cu privirea înapoi este relativ tânără. Provine din teoria relativității speciale a lui Einstein, care afirmă - printre altele - că lumina călătorește cu viteza luminii și că nimic nu călătorește mai repede decât atât. În fiecare zi, aproape niciodată nu experimentăm consecințele acestui concept, deoarece viteza luminii este atât de mare (300.000 km / s, sau de aproximativ un milion de ori mai rapid decât un avion cu avion) încât acest „timp de călătorie” contează cu greu. Dacă aprindem lumina sau cineva ne trimite un e-mail din Europa, percepem aceste evenimente (vedem că becul se aprinde sau primește e-mailul) ca instantaneu, deoarece lumina durează doar o fracție minusculă de secundă pentru a călători printr-o cameră sau chiar în jurul întregului Pământ. Dar la scară astronomică, finețea vitezei luminii are implicații profunde.
Soarele este la aproximativ 150 de milioane de km distanță, ceea ce înseamnă că lumina de la soare durează aproximativ 8 minute și 20 de secunde pentru a ajunge la noi. Când ne uităm la soare, vedem o poză care are 8 minute. Cea mai apropiată galaxie vecină, Andromeda, se află la aproximativ 2, 5 milioane de ani lumină; când ne uităm la Andromeda, îl privim așa cum era acum 2, 5 milioane de ani. Acest lucru poate părea foarte mult pe scările umane, dar este foarte scurt timp în ceea ce privește galaxiile; imaginea noastră „nepăsătoare” este, probabil, încă o bună reprezentare a aspectului Andromeda astăzi. Cu toate acestea, vastitatea universului asigură faptul că există multe cazuri pentru care timpul de călătorie al luminii contează. Dacă ne uităm la o galaxie la un miliard de ani lumină distanță, o vedem așa cum era acum un miliard de ani, timp suficient pentru ca o galaxie să se schimbe semnificativ.
Deci cât de departe putem vedea în timp? Răspunsul la această întrebare este determinat de trei factori diferiți. Unul este faptul că universul are „doar” 13, 8 miliarde de ani, așa că nu putem privi în timp spre o epocă mai îndepărtată decât începutul universului, cunoscut sub numele de Big Bang. O altă problemă - cel puțin dacă ne preocupăm de obiecte astrofizice, cum ar fi galaxiile - este că avem nevoie de ceva la care să ne uităm. Universul primordial era o ciorbă scaldătoare de particule elementare. A durat ceva timp ca aceste particule să se răcească și să se coopereze în atomi, stele și galaxii. În cele din urmă, chiar și odată ce aceste obiecte erau pe loc, pentru a le vedea de pe Pământ multe miliarde de ani după aceea necesită telescoape extrem de puternice. Luminozitatea surselor fizice scade rapid odată cu distanța și încercarea de a observa o galaxie la o distanță de 1 miliard de ani-lumină este la fel de provocatoare ca să încerci să observi farul unei mașini la aproximativ 60.000 de mile distanță. Încercarea de a observa aceeași galaxie la o distanță de 10 miliarde de ani-lumină este de 100 de ori mai grea.
Până acum, acesta a fost factorul de conducere în limitarea distanței la cele mai îndepărtate galaxii pe care le putem vedea. Până în anii 1980, toate telescoapele noastre erau bazate pe sol, unde atmosfera Pământului și poluarea luminoasă le împiedică performanța. Cu toate acestea, eram deja conștienți de galaxii aflate la peste 5 miliarde de ani lumină. Lansarea Telescopului Spațial Hubble în 1990 ne-a permis să lovim acest record de distanță de nenumărate ori și, în timp ce scriu acest lucru, cea mai îndepărtată galaxie este situată în trecut cu un uimitor 13, 4 miliarde de ani.
JWST va folosi lumina infraroșie pentru a studia fiecare fază din istoria cosmică, de la primele străluciri luminoase după Big Bang până la formarea de sisteme stelare capabile să susțină viața pe planete precum Pământul. (NASA) Aceasta ne aduce la una dintre problemele cheie ale astronomiei moderne: ce proprietăți ale acestor galaxii îndepărtate putem măsura de fapt? În timp ce observațiile galaxiilor din apropiere arată formele și culorile lor în mare detaliu, deseori singura informație pe care o putem colecta despre cele mai îndepărtate galaxii este luminozitatea lor generală. Dar, privindu-le cu telescoape sensibile la frecvențele luminii dincolo de raza vizibilă, cum ar fi ultraviolete, radio și infraroșu, putem descoperi indicii despre populațiile stelare ale galaxiei, precum și despre distanța ei de noi.
Observând galaxii la cât mai multe frecvențe diferite, putem crea un spectru, care arată cât de strălucitoare este galaxia în fiecare tip de lumină. Deoarece universul se extinde, undele electromagnetice detectate de telescoapele noastre au fost întinse pe parcurs și se întâmplă astfel ca cantitatea de întindere în spectre să fie proporțională cu distanța galaxiei de la noi. Această relație, numită Legea lui Hubble, ne permite să măsurăm cât de departe sunt aceste galaxii. Spectrele pot dezvălui și alte proprietăți, cum ar fi cantitatea totală de masă din stele, viteza cu care galaxia formează stele și vârsta populațiilor stelare.
În urmă cu doar câteva luni, o echipă de astronomi din SUA și Europa au folosit observații de la Telescopul Spațial Hubble și telescopul spațial infraroșu Spitzer pentru a descoperi cea mai îndepărtată galaxie cunoscută până în prezent, GN-z11. Observată la doar 400 de milioane de ani după Big Bang („când universul avea doar 3 la sută din vârsta sa actuală”, potrivit investigatorului principal Pascal Oesch), are o masă de un miliard de soluri combinate, aproximativ 1/25 din propria noastră Calea Lactee.
GN-z11 formează stele de aproximativ 20 de ori mai rapid, cu o rată remarcabilă de 25 de noi soare pe an. „Este uimitor faptul că o galaxie atât de masivă a existat la numai 200 de milioane până la 300 de milioane de ani după ce primele stele au început să se formeze. Este nevoie de o creștere rapidă, producând stele într-un ritm uriaș, pentru a fi format o galaxie care este un miliard de mase solare atât de curând ”, explică Garth Illingworth, un alt investigator al echipei de descoperire.
Existența unui obiect atât de masiv într-un timp atât de timpuriu se confruntă cu scenariile actuale de asamblare cosmică, care prezintă noi provocări pentru oamenii de știință care lucrează la modelarea formării și evoluției galaxiei. „Această nouă descoperire arată că telescopul Webb (JWST) va găsi cu siguranță multe astfel de galaxii tinere care ajung până la formarea primelor galaxii”, spune Illingworth.
JWST este programat pentru lansare în 2018 și va orbita în jurul sistemului Soare / Pământ dintr-o locație specială la 900.000 de mile distanță de noi. La fel ca Hubble, JWST va purta mai multe instrumente, inclusiv camere puternice și spectrografe, dar va avea o sensibilitate sporită: oglinda sa principală va fi de aproape șapte ori mai mare, iar raza de frecvență se va extinde mult mai departe în regiunea infraroșu. Gama diferită de frecvențe va permite JWST să detecteze spectre cu întindere mai mare, aparținând obiectelor mai îndepărtate. De asemenea, va avea capacitatea unică de a lua spectre de 100 de obiecte simultan. Cu JWST, ne așteptăm să împingem bariera de distanță și mai departe, spre o epocă la numai 150 de milioane de ani după Big Bang și să descoperim primele galaxii formate vreodată. JWST ne va ajuta să înțelegem cum se schimbă formele galaxiilor cu timpul și ce factori guvernează interacțiunile și fuziunile galaxiei.
Dar JWST nu se va uita doar la galaxii. Privind universul în lumină infraroșie, vom putea vedea prin perdelele groase de praf care înconjoară stele și planetele nou-născute, oferind o fereastră către formarea altor sisteme solare. Mai mult, instrumente speciale numite coronagrafe vor permite imaginea planetelor în jurul altor stele și, sperăm, să conducă la descoperirea mai multor planete asemănătoare Pământului capabile să găzduiască viața. Pentru oricine s-a uitat vreodată la cer și s-a întrebat ce este acolo, următorul deceniu va fi o perioadă foarte interesantă.
